核安全综合知识01
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核安全基础考试知识点总结1.核安全是指在核设施设计、建造、运行、退役期间为保护工作人员、社会和环境免受可能的放射性危害所采取的技术和组织的综合措施。
核安全措施:1.保障所有设备正常运行,控制和减少对环境的放射性废物排放2.预防故障和事故的发生3.限制发生故障和事故的后果2.核安全的总目标:建立并维持一套有效措施,以保证工作人员、社会和环境免受放射性危害.辐射防护目标:确保在正常运行时核电厂以及核电厂释放出的放射性物质引起的辐射照射保持在合理可行尽量低的水平,并且低于规定的限值,还要确保事故引起的辐射照射的程度得到缓解。
技术安全目标:采取一切合理可行的措施防止核电厂事故,并在一旦发生事故时减轻其后果;对于在设计核电厂时考虑过的所有可能事故,包括概率很低的事故,要以高可信度保证任何放射性后果尽可能小并且低于限值;并保证有严重放射性后果的事故发生的概率极低。
3.核反应堆安全特性:强放射性,高温高压水,衰变余热4.核电厂安全对策:1.有效地控制反应性2.确保堆芯冷却3.包容放射性产物5.为什么要有反应堆安全设施:反应堆的运行中会产生大量的放射性物质,一旦发生严重的堆芯损坏事故,同时又发生一回路压力边界和安全壳破损情况,将有可能有大量的放射性物质释放到环境中,造成严重的环境污染6.控制反应性的手段:1.向堆芯插入或抽出中子吸收体2.改变均匀堆的燃料浓度3.移动反射层以改变中子泄露。
反应性控制的三种类型:紧急停堆控制,功率控制,补偿控制。
7.对反应堆功率控制有什么要求:1.应能及时调节反应堆功率,以适应外界负荷变化的要求,并建立新工况下的热工参数的稳态值2.应能改善核动力装置的过渡过程特性8.反应堆保护系统的功能:1.在反应堆启动和提升功率过程中,限制反应堆的功率增长的速率,保证反应堆的安全启动2.带功率运行中,限制反应堆的功率、温度、压力、水位和流量等参数变化,使反应堆运行在安全限度所允许的范围内,不发生热工事故和一回路压力边界损坏3.异常工况时,能执行保护反应堆的动作,立即消除事故隐患。
核安全工程师-核安全综合知识-辐射防护基础-实践与干预[单选题]1.放射防护领域专业术语干预是指任何旨在()不属于受控实践的或因事故而失控的照射源所致的照射或照射可能性的行动。
A.预防和(江南博哥)避免B.预防和排除C.减少或预防D.减少或避免正确答案:D[单选题]4.对实践的主要要求包括凡没有被()的实践全部受审管部门管理,按有关管理要求接受管理。
A.排除B.免除C.豁免D.A和C正确答案:D[单选题]5.()中首次提出了一个新的概念,即干预的辐射防护体系。
A.《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》B.《国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准》C.ICRP第60号出版物D.ICRP第103号出版物正确答案:C[单选题]6.建立和充实“干预的辐射防护体系”,仍要充分贯彻在实践中建立的辐射防护基本原则;同时,对()情况采用干预行动与补救行动,加强应急的准备与响应。
A.计划照射B.应急照射C.持续照射D.B和C正确答案:C[单选题]7.需要实施干预行动一般有()种情况。
A.2B.3C.4D.5正确答案:A[单选题]8.持续照射是指没有任何不间断人类活动予以维持而长期持续存在的非正常(),这种照射的剂量率基本上是恒定的或者下降缓慢的照射。
A.职业照射B.公众照射C.计划照射D.现存照射正确答案:B[单选题]9.防护行动是指为避免或减少()在持续照射或应急照射情况下的受照剂量而进行的一种()。
A.工作人员行动B.工作人员干预C.公众成员行动D.公众成员干预正确答案:D[单选题]10.补救行动是指在涉及()的干预情况下,当超过规定的()时所采取的行动,以减少可能受到的照射剂量。
A.应急照射行动水平B.应急照射防护水平C.持续照射行动水平D.持续照射防护水平正确答案:C[单选题]11.在放射性污染和剂量水平很低,不值得花费代价去采取补救行动,或是放射性污染非常严重和广泛,采取补救行动花费的代价太大的情况下,()。
核安全工程师-核安全综合知识-辐射防护基础-辐射照射的分类[单选题]1.照射是指受照的()。
A.方式或类型B.方式或行为C.类型或状态D.行为或状态正确答案:D[单选题](江南博哥)3.对于未排除的天然源照射或未被豁免的天然源,除了()所致的照射低于审管部门所制定的持续照射行动水平的情况以外,对涉及天然源的实践所产生的流出物的排放或放射性废物的处置所引起的公众照射,仍应遵循国家标准的有关规定。
A.氡B.天然铀C.镭D.氚正确答案:A[单选题]4.除了放射工作人员外的一般公众,当他们前来参观访问时,应确保进入()的参观访问人员有了解该区域防护与安全措施的工作人员陪同。
A.监督区B.控制区C.放射性工作场所D.非放射性工作场所正确答案:B[单选题]5.除了放射工作人员外的一般公众,当他们前来参观访问时,应在参观访问人员进入()前,向他们提供足够的信息和指导。
A.监督区B.控制区C.放射性工作场所D.非放射性工作场所正确答案:B[单选题]6.除了放射工作人员外的一般公众,当他们前来参观访问时,应在()设置醒目的标志,并采取其他必要的措施,确保对来访者进入实施适当的控制。
A.监督区B.控制区C.放射性工作场所D.非放射性工作场所正确答案:A[单选题]7.除了放射工作人员外的一般公众,当他们前来参观访问时,应确保进入控制区的参观访问人员有了解该区域()的工作人员陪同。
A.防护措施B.安全措施C.管理措施D.A和B正确答案:D[单选题]8.除了放射工作人员外的一般公众,当他们前来参观访问时,应在监督区设置醒目的标志,并采取其他必要的措施,确保对来访者进入监督区实施适当的()。
A.监督B.控制C.管理D.指导正确答案:B[单选题]9.对于含有放射性物质的消费品,除了()种情况外,任何人均不得向公众出售能够引起辐射照射的消费品。
A.1B.2C.3D.4正确答案:C[单选题]10.对于含有放射性物质的消费品,除了()情况外,任何人均不得向公众出售能够引起辐射照射的消费品。
核安全工程师-核安全综合知识-IAEA提出的核基本安全原则-基本安全原则的适用范围[单选题]1.对辐射和放射性物质应用可能对工作人员、公众和环境造成的辐射危险进行O,并在必要时加以O,(江南博哥)这就是安全监管的目的。
A.评价控制B.评价管理C.评估控制D.评估管理正确答案:C[单选题]2.对安全实施监管是一项O责任。
而且,辐射危险有可能超越国界,因此必须进行国际合作。
A.国际B.国家C.政府D.核安全部门正确答案:B[单选题]3.对安全实施O是一项国家责任。
而且,辐射危险有可能超越国界,因此必须进行国际合作。
A.控制B.管理C.监督D.监管正确答案:D[单选题]4.辐射危险有可能超越国界,因此必须进行国际合作,国际安全相关O为开展国际合作提供了方便。
A.公约B.行为准则C.安全标准D.以上三者均包含正确答案:D[单选题]5.、《及早通报核事故公约》和《核事故或辐射紧急情况援助公约》已于()年10月27日生效。
A.1986B.1996C.2001D.2009正确答案:A[单选题]6.《核安全公约》于()年10月24日生效。
A.1986B.1996C.2001D.2009正确答案:B[单选题]7,《乏燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》于()年6月18日生效。
A.1986B.1996C.2001D.2009正确答案:C[单选题]8.国际安全相关公约对IAEA各成员国规定了具体OoA.义务B.任务C.守则D.导则正确答案:A[单选题]9.国际安全相关公约对IAEA各成员国规定了具体义务。
IAEA的O是评价IAEA各成员国遵守这些公约情况的有用工具。
A.安全要求B.安全标准C.安全法则D.安全导则正确答案:B[单选题]10∙IAEA的安全标准包括O类,并被推荐给各成员国在其各自的活动中采用。
A.2B.3C.4D.5正确答案:B[单选题]I1()为对辐射危险进行防护,有效地保护人类和环境,奠定了坚实的基础。
2023年注册核安全工程师《核安全综合知识》考试历年真题摘选附带答案第1卷一.全考点综合测验(共20题)1.【多选题】核燃料进入核反应堆前的加工过程称为核燃料循环的前段,包括()。
A.铀矿开采B.提取C.精制( 纯化)D.转化、浓缩E.燃料元( 组) 件制造2.【单选题】交通安全的可靠性不仅与平面线形、纵坡有关,而且与()是否协调有密切的关系。
A.安全设施B.线形组合C.道路特性D.人的行为3.【填空题】核反应是由以一定能量的入射粒子轰击靶核的方式出现。
入射粒子可以是____________。
4.【单选题】线路遭到破坏,则对事故地点前后各()m线路质量进行测量,对事故关系人员分别调查,检查有关技术文件的编制、填写情况,根据调查情况初步确定事故原因和责任。
A.50B.100C.150D.2005.【单选题】原子核物理的开端是()。
A.发现天然放射性现象B.X 射线的发现C.电子的发现D.中子的发现6.【单选题】原子核的质量亏损Δm()。
A.小于B.等于C.大于D.A 或B7.【多选题】幻核的质子数或中子数为( )。
A.2B.8C.20D.28E.928.【填空题】____是指加速器存在某种危险状态(如超剂量照射)时能立即自动切断电源或束流的装置。
9.【单选题】在原子核的质量亏损算式中,m(Z, A) 为的原子核的()。
A.核子数B.核质量C.中子数D.原子序数10.【多选题】电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层,其中各层最多可容纳的电子数分别是()。
A.K 层1 个B.K 层2 个C.L 层8 个D.M 层10 个E.M 层18 个11.【填空题】世界人口受到的人工辐射源的照射中,____居于首位。
12.【单选题】把爆炸极限范围缩小为零的压力称为爆炸的()。
A.极限压力B.初始压力C.临界压力D.最小压力13.【多选题】对于核安全1级设备,必须按照实际可能的最高质量标准来进行()。
A.设计B.制造C.安装D.试验E.维修14.【多选题】压力容器水位测量的功能是()。
核安全综合知识第一章 原子核物理基础引言1896年贝克勒尔发现天然放射性现象,人类历史上第一次在实验室观察到核变化。
这一重大发现是原子核物理的开端。
第一节 原子和原子核的基本性质一、原子与原子核1898年卢瑟福在“贝可勒尔射线”中发现了α、β粒子,后来证实了α射线是氦原子核,β射线是电子。
1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出原子由原子核和核外电子组成的假设。
目前,人们已知120种元素。
核外电子运动构成了原子物理学的主要内容,而原子核内部核子的运动是原子核物理学的主要研究对象。
原子和原子核是物质结构的两个层次。
电子带负电荷,电子电荷的值为:e=1.60217733x10-19C,且电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整倍数。
电子的质量为me=9.1093897x10-31kg。
原子核带正电荷,集中了原子的全部正电荷。
原子的大小半径约为10-8cm的量级。
原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。
原子核的尺度只有几十飞米(1fm=10-15m=10-13cm),放射现象则主要与原子核有关。
二、原子的壳层结构原子的核外电子称为轨道电子。
最靠近核的一个壳层称为K层,在它的外面依次为L、M、N、O壳层等,以此类推。
通常用量子数n(n=1,2,3…)代表壳层。
每个壳层可容纳2n2个电子。
除了K层以外,其他壳层又可分成(2l+1,l=n-1)个支壳层,l是描述电子轨道的量子数。
处于不同壳层的电子具有不同的位能,当电子从无穷远处移动到靠近原子核的位置时是电场力作功,K层的能级最低。
能级的能量大小就等于该壳层电子的结合能,要使该壳层电子脱离核的束缚成为自由电子所需做的功。
结合能是负值,通常以KeV为单位,K壳层电子的结合能的绝对值最大。
在正常情况下,电子先充满较低能级,但当原子受到内在原因或外来因素的作用时,低能级的电子可以被激发到高能级上(称激发过程),或电子被电离到原子的壳层之外(称电离过程),高能级电子就会跃迁到低能级上留下的空位上,并以电磁辐射的形式释放一个光子。
核安全工程师-核安全综合知识-IAEA提出的核基本安全原则-基本安全原则[单选题]1.安全措施包括为防止()发生而采取的行动。
A.事件B.事故C.安全事故D.辐射危险参考答(江南博哥)案:A[单选题]2.安全措施包括为防止事件发生而采取的()以及为在事件发生下为减轻其后果而做出的()。
A.措施、行动B.措施、响应C.行动、安排D.行动、响应正确答案:C[单选题]3.IAEA提出的基本安全原则:原则一是()。
A.安全责任B.政府职责C.设施和活动的正当性D.防止事故正确答案:A[单选题]4.对于带来辐射危险的任何设施或活动或对于实施减轻辐射照射的行动计划负有责任的人员或组织必须对安全负有()。
A.基本责任B.主要责任C.重要责任D.法律责任正确答案:B[单选题]5.对于带来辐射危险的任何设施或活动或对于实施减轻辐射照射的行动计划负有责任的()必须对安全负有主要责任。
A.人员B.组织C.人员和组织D.人员或组织正确答案:D[单选题]6.对于带来辐射危险的任何设施或活动或对于实施减轻辐射照射的()负有责任的人员或组织必须对安全负有主要责任。
A.应急准备B.应急响应C.防护行动D.行动计划正确答案:D[单选题]7.IAEA提出的基本安全原则一:安全责任,要求应对运行设施或进行活动的组织或个人实施()管理。
A.监督B.审查备案C.许可证D.统一正确答案:C[单选题]8.IAEA提出的基本安全原则一:安全责任,要求应对运行设施或进行活动的组织或个人实施许可证管理。
下列说法错误的是()。
A.许可证管理也可以采用登记等其他批准形式B.在某些情况下,政府或(许可证持有者的)雇主可能对设施和活动的安全承担责任C.许可证持有者对设施和活动整个寿期或过程内的安全负主要责任,而且这种责任不能转托他人D.许可证持有者负有的责任应按照监管机构确定或核准的安全目标和要求予以实行,而且应当通过质保体系来确保做到这一点正确答案:D[单选题]9.()对设施和活动整个寿期或过程内的安全负主要责任,而且这种责任不能转托他人。
核安全工程师-核安全综合知识-核反应堆工程基础-反应性与反应性的控制[单选题]1.K过剩称之为过剩增值系数,K过剩=()。
它代表堆内有效增殖系数超过临界的余额,作为反应堆超临界度(或次临界(江南博哥)度)的一种量度。
A.K有效-1B.K效-1C.(K有效-1)/K有效D.(K效-1)K有效正确答案:A[单选题]2.()代表堆内有效增殖系数超过临界的余额,作为反应堆超临界度(或次临界度)的一种量度。
A.有效增殖系数B.过剩增殖系数C.临界系数D.中子通量正确答案:B[单选题]3.过剩增殖系数代表堆内有效增殖系数超过临界的余额,作为反应堆超临界度(或次临界度)的一种量度。
但在应用中往往用过剩增殖系数的相对值ρ来表示,简称之为反应性,ρ=()。
A.K过剩×K有效B.K过剩/K有效C.K过剩×(K有效-1)D.K过剩/(K有效-1)正确答案:B[单选题]5.在核燃料裂变产生的几百种裂变产物中,对反应堆链式反应危害最大的是()。
A.135IB.135XeC.131ID.135Te正确答案:B[单选题]6.Xe135的热中子吸收截面非常大,在E=0.0253eV处为()靶。
A.2.7×105B.2.7×106C.2.7×107D.2.7×108正确答案:B[单选题]7.Xe135的热中子吸收截面非常大,在E=0.0253eV处为2.7×106靶,在()eV处有共振峰。
A.0.008B.0.08C.0.8D.8正确答案:B[单选题]8.Xe135的热中子吸收截面非常大,在热能区平均的吸收截面大约为()靶。
A.3×105B.3×106C.3×107D.3×108正确答案:B[单选题]9.“氙毒”指的是Xe元素的同位素()。
A.131XeB.132XeC.134XeD.135Xe正确答案:D[单选题]10.在()中,氙中毒的影响较小。
核安全工程师-核安全综合知识-辐射防护基础-外照射防护与内照射防护的基本方法和技术[单选题]1.外照射防护的基本原则是尽量减少或避免射线从外部对人体的照射,使所受照射不超过O所规定的剂量(江南博哥)约束值。
A.国家法规B.国家标准C.核安全监管部门D.核设施主管部门正确答案:B[单选题]2.外照射防护可以归纳为O个基本手段(基本方法)。
A. 2B.3C.4D.5正确答案:B[单选题]3.外照射防护三要素指的是OoA.包容、隔离、净化B.包容、隔离、屏蔽C.时间、距离、包容D.时间、距离、屏蔽正确答案:D[单选题]4.对发射x、Y射线的点源来说,当空气和周围物质对于射线的吸收、散射可以忽略时,某一点上的剂量与该点到辐射源之间的距离OoΛ.成反比B.平方成反比C.三次方成反比D.四次方成反比正确答案:B[单选题]5.在O的应用中,单靠缩短操作时间和增大距离远远达不到安全防护的要求,此时,必须采用适当的屏蔽措施。
A.反应堆B.加速器C.高活度辐射源D.以上三者均包含正确答案:D[单选题]6.在辐射源外面加上足够厚的屏蔽体,使之在O由辐射源产生的剂量降低到有关标准所规定的限值以下,在辐射防护中把这种方法称为屏蔽防护。
A.所有方向上B.某一指定方向上C.某些指定位置上D.某一指定点上正确答案:D[单选题]7.B辐射选择屏蔽材料时,必须先用O原子序数材料置于近B辐射源的一侧,然后视情况,在其后附加O原子序数材料。
A.低中B.中低C.低高D.高低正确答案:C[单选题]8.B辐射选择屏蔽材料时,如果先用高原子序数材料置于近B辐射源的一侧,会形成一个相当强的新()源。
A.X射线B.γ射线C.中子D.α射线正确答案:A[单选题]9.信用电子直线加速器建成一个强X射线装置源,那就要选用O原子序数材料作靶子,既可屏蔽电子束,又能形成一个较强的X射线源。
A.低B.中C.高D.中、高正确答案:C[单选题]10.在应用外照射的辐射源时,除外照射防护外,还需注意采取相应的措施,防止O对人体的危害。
第六章安全文化考试要求:1.掌握安全文件的概念、原则及其特征。
2.熟悉营运单位的安全管理体系及其在培育安全文化方面的地位。
3.了解安全文化在核领域中的演变及其在保证核安全上的作用。
4.熟悉安全文件的组成部分以及决策层、管理层和职工在安全文化方面的职责和作用。
5.熟悉安全文件的发展阶段及各发展阶段的特点。
6.熟悉培育安全文化的良好实践。
7.了解识别安全文化弱化征兆的方法。
8.熟悉对安全文件的评价方法。
思考题1.准确说明安全文化的定义、原则和特性;2.说明安全文件的组成;3.指出营运单位的安全管理体系的组成;4.安全文化对决策层、管理层和个人响应的基本要求是什么?5.安全文化对政府及其部门、营运单位、研究单位和设计单位的不同层次的人员提出的基本要求是什么?6.谁对核设施单位的安全负主要责任?7.指出核安全文化在保证核安全上的作用。
8.具体说明核安全文化的发展阶段、划分的依据及各个阶段的特点。
9.说明识别安全文件弱化征兆的方法。
10.简述ASCOT评价方法。
11.辨别安全文化的特殊实践。
12.具体说明培育安全文化的步骤。
本章小结本章叙述了善于安全文化,特别是核安全文化的基本知识和使用及失言中的关键问题。
共包括五个部分,安全文化概念、安全文化的组成部分、核安全文化的发展阶段及弱化识别、安全文化的评价方法、培育安全文化的良好实践。
安全文化是在总结切尔诺贝利事故中人为因素基础上提出的一种为确保核电厂安全生产的、完整的管理概念。
安全文化是存在于单位和个人中的种种特性和态度的总和,它建立一种超出一切之上的观念,即核电厂的安全问题由于它的重要性要得到应有的重视。
后果在核领域迅速得到全面地失言,形成核安全文化。
推行核安全文化的目的是在要求和监管要求之外保持一个增强安全的自我约束的方法。
核安全文化的特性都是无形的,人们认识到无形的特性会自然地导出有形的表现,而这些有形导出就成为衡量核安全文化作用的指标。
核安全文化被作为一项基本管理原则加以推广和实施,用以防止和减少人因错误,提高核设施的安全性。
第一章原子核物理基础考试要求:●熟悉原子结构的知识(原子、原子核、同位素)●熟悉放射性的概念、原子核衰变及其规律(核素图、半衰期、放射性活度的单位计算和测量)●熟悉射线(α射线、β射线、γ射线、X射线、中子等)及其与物质的相互作用。
●掌握核反应的类型●了解核裂变及裂变反应的知识思考题1.原子的核式模型的假设是卢瑟福根据什么实验而提出的?其假设的结论是什么?2.原子核是由哪两种粒子组成的?核素用(A,Z)X(N)来表示,符号中的A、Z、N各代表什么量?3.原子与原子核的尺度大小为什么量级?原子核的半径R与原子核的质量数A有什么关系?4.什么是原子核的结合能B(Z,A)?它是如何定义的?5.什么是原子核的比结合能?为什么说图1-4中的比结合能曲线揭示了原子核裂变和聚变能的基本原理?6.放射性衰变服从指数规律,试说明式中衰变常数的物理意义。
还常用哪些参数来描述衰变过程的快慢,它们的关系是什么?7.什么是放射源的放射性活度,常用什么单位来度量?Bq和Ci有什么关系?8.根据表1-1列出常见的辐射,分析哪些是带电粒子?哪些是不带电粒子?9.X射线(或γ射线)的等电磁辐射与物质相互作用与带电粒子与物质作用的作用机制有何不同?γ射线与物质相互作用过程有哪几种?10.窄束γ射线(或X射线)的吸收服从什么规律?线性吸收系数μ的物理含义是什么?其量纲是什么?11.在探测辐射中广泛使用的有哪几类探测器?12.什么是核反应的反应道?一种入射粒子与某一种核的反应道仅仅只有一个吗?13.如何区分放能核反应和吸能核反应?对吸能核反应如何求核反应阈能?14.发生自发裂变的条件是什么?裂变能的定义是什么?15.由中子引起的诱发裂变中如何区分易裂变核素和非易裂变核素?16.指出链式裂变过程中瞬发裂变中子和缓发裂变中子对反应堆控制的作用?本章小节本章重点为论述原子核物理中的基本内容,本章分为了个小节论述:第一节介绍了原子与原子核的结构,对原子的核外电子的壳层模型作了简单描述,解释了电子能级的跃迁和特征X射线的形成机制。
对原子核的组成及其稳定性、原子核的大小、原子核的结构能作了较为深入的讨论。
并对质能联系定律,即爱因斯埋关系式作了必要的论述。
第二节讲解了原子核的放射性,重点放在放射性核素的指数衰变规律的论述,对常用的衰变常数、半衰期和平均寿命的概念作了说明。
对放射性活度的概念及其单位的定义进行了讨论,并对指数衰变规律的最基本应用实例作了解严。
第三节对最常用的辐射如α射线、β射线、X射线和γ射线及中子作了介绍,重点放在它们与物质的相互作用。
对探测原理上作了介绍,这对全面理解核安全是十分重要的。
第四节对核反应的分类进行了讨论,论述核反应中反应道、核反应能及阈能、核反应的截面和产额等最基本的概念。
为此,应用了质心坐标系和实验室坐标系统的概念。
第五节介绍了核裂变反应的知识,讲解了自发裂变和诱发裂变的物理机制,重点放在后者。
裂变过程是当前核能利用的最重要的途径,也是当前形成核安全问题的主要来源,因此,对核裂变的产物,对废物的处理都需要给予特殊的关注。
引言●1895年发现X射线、1896年发现放射性、1897年发现电子,这三大发明揭开了近代物理的序幕,物质结构的研究开始进入微观领域。
●其中,1896年法国科学家贝克勒尔发现天然放射性射线,成为人类第一次观察到核变化的情况,通常人们把这一重大发现看成是原子核物理的开端,到20世纪50年代就逐步形成了研究物质结构的三个分支学科,即原子物理、原子核物理和粒子物理。
三者各有独立的研究领域和对象,但又紧密关联。
原子和原子核的基本性质●世界万物是由原子、分子构成,每一种原子对应一种化学元素。
●到目前为止,包括人工制造的不稳定元素,人们已经知道了一百多种元素了。
●1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子的核式模型假设,即原子是由原子核和核外电子所组成;●原子物理学(核外电子的运动构成了原子物理的主要内容)●原子核物理学(主要研究对象为原子核)●电子是由英国科学家汤姆逊于1897年发现的,也是人类发现的第一个微观粒子。
●电子带负电荷,电子电荷的值为e=1.60217733E-19C,且电荷是量子化的,即任何电荷只是e的整数倍;电子的质量为me=9.1093897E-31kg;●原子核带正电荷,原子核的电荷集中了原子的全部正电荷;●原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征的,原子可以设想为电子以原子核为中心的,在距核非常远的若干轨道上运行;原子的大小半径为10E-8cm的量级;●原子核的质量远远超过核外电子的总质量,因此,原子的质量中心和原子核的质量中心非常接近;●原子核的线度只有几十飞米(1fm=10E-3m=10E-15cm),而密度高达10E8t/cm3。
●物质的许多化学及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关;而放射现象则主要归因于原子核。
一原子的壳层结构●原子核核外电子又常称为轨道电子,把电子看成沿一定的轨道运行。
电子在核外各轨道呈一定的概率分布,但在一定的轨道上的概率分布上的概率分布较大而已。
●原子的轨道电子离核的距离是不能任意取值的,这也是微观世界的量子特性的一种表现。
电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层。
K层、L层、M层、N层、O层等,通常用量子数n(n=1,2,3,…)代表壳层,并分别对应K层、L层、M层…,每个壳层最多可容纳2n2个电子。
●除了K层外,其它壳层又可分成若干的支壳层,支壳层的数目等于(2l+1)个,其中l=n-1,l是描述电子轨道的量子数。
通常用壳层符号及其右下标的罗马数字来表示支壳层。
如LⅠ表示L壳层的第一个支壳层,可称为壳层LⅠ和MⅡ壳层。
●处于不同壳层的电子具有不同的位能,通常用能级图来表示其大小。
离壳层越近其能级越低。
●能级的能量大小就等于该壳层的结合能。
能合能是负值,通常以KeV为单位,K壳层电子的结合能的绝对值最大。
●用三个最子数n、l和j来描述不同的能级,其中n(=1、2、3、…)和l(=0,1,2,…)是与电子轨道运动相关的量子数,而j 是与电子的自旋运动相关的量子数,j 与l 的关系是j 为l ±1/2。
量子数nlj 的不同组合区别不同的支壳层。
每个支壳层最多可容纳2j+1个电子。
●在正常状态下,电子先充满较低的能级,但当原子受到内在原因或外来因素作用时,外在低能级的电子有可能被激发到较高的能级上(称为激发过程);或电子被电离到原子的壳层之外(称为电离过程)。
●在上述情况下,在原来的低能级上会留下一个空位,更高能级上的电子就跃迁到这个空位,相应放出此两能级之差的能量,一般这部分能量主要以电磁辐射的形式释放一个光子。
当发生内层电子跃迁(如K 层出现一个空位,L 层电子跃迁到K 层),此时光子能量较高或者说其电磁辐射的频率较高),而且不同元素的原子均有不同、特定的能量,所以又通常称作特征X 射线。
●特征X 射线的能量(或相应波长)满足下面公式:Ex=hc/λ=E1-E2(h 为普朗克常数值为6.6260755E-34Js ●特征X 射线根据其产生的情况可以分为K 系、L 系、M 系特征X 射线,每系都含有若干能量不同的X 射线。
K 系特征X 射线是由K 壳层之外壳层的电子跃迁到K 壳层空位时发射的特征X 射线。
●并不是所有较高的能级的电子都可以向较低的能级跃迁,而需要满足一定的选择定则。
二 原子核的组成及其稳定性● 1897年居里夫妇发现放射性元素钋和镭;● 1903年卢瑟福证实了α放射是正电荷的氦原子核,β射线是电子;1911年进而提出原子的核式模型;● 1932年查德威克发现中子,海森堡立刻提出原子核是由质子和中子组成的假设。
1 原子核的组成及其表示● 中子和质子的质量相关很小,它们的质量分别为m n =1.00866492u ;m p =1.00727646u ; ● 这里u 为原子质量单位,1960年国际上规定把C-12原子质量的1/12定义为原子质量单位,用u 表示,1u=1.6605402E-27kg=931.494013MeV/c 2;● 中子为中性粒子,质子为带有单位正电荷的粒子。
任何一个原子核都可由符号N A Z X 右下标N 表示核内中子数,左下标Z 表示质子数或称电荷数,左上标A (A=N+Z )为核内的核子数,又称为质量数。
核素符号X 与质子数Z 具有唯一、确定的关系。
●可简写为A X ,它已足以代表一个特定的核素,只要元素符号X 相同,不同质量数的元素在周期表中的位臵上相同,质子数也相同,它们具有相同的化学性质; ●核素(nuclide ):在其核内具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子; ●同位素(isotopes ):具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素;它们具有基本相同的化学性质; ●同位素丰度:某元素中各同位素天然含量的原子数百分比; ● 同质异能素(isomers ):寿命较长的激发态原子核称为基态原子核的同质异能素或同核异能素,它们的A 和Z 均相同,只是能量状态不同,一般在元素符号的左上角质量数A 后加上字母m 表示,这种核素的原子核一般处于较高能态。
同质异能素所处的能态又称为同质异能态,它与一般的激发态在本质上并无区别,只是半衰期即寿命较长而已。
2 原子核的稳定性及核素图●根据原子核的稳定性,可以把核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。
原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在着密切的关系。
●核素图:图中每一格代表一个特定的核素;黑色或公平合理有斜线条的核素为稳定核素,格中百分数为该核素的丰度;白底的核素为不稳定的放射性核素,格中αβ-β+表示该核素的衰变方式,箭头指向为衰变后的原子核,时间表示半衰期的值;●在现代的核素图上既包括天然存在的332个核素(其中280多个是稳定核素),也包括了自1934年以来人工制造的1600多个放射性核素,一共约2000个核素;●β稳定核素图:横坐标为质子数,纵坐标为中子数N(同位素、同中子异荷素、同量异位素);稳定核素几乎落在一条光滑曲线上或紧靠曲线的两侧,这条曲线称为β稳定曲线;对于轻核稳定曲线与直线N=Z重合,当N、Z增大到一定数值之后,稳定性逐渐赂N>Z的方向偏离;在Z小于20时核素的N与Z之比约为1;在Z为中等数值时约为1.4;Z等于90左右时约为1.6;●位于稳定曲线上方的核素为丰中子核素,易发生β-衰变;位于稳定曲线下方的核素为缺中子核素,易发生β+衰变。
●由于库仑力是长程相互作用力,它能作用于核内的所有质子,正比于A(A-1);而核力是短程力,只作用于相邻的核子,正比于A。
随着Z的增加,A也随之增加,库仑相互作用的影响增长得比核力快,要使原子核保持稳定,必须靠中子数的较大增长来减弱库仑力的排斥作用,因此,随着Z(A)的增长,稳定核素的中子数比质子数越来越多,越来越大地偏离Z=A直线。